[發(fā)明專利]一種寬帶相控陣天線單元及其輻射方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810988056.0
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109167162B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李巖;田步寧;李若昕;呂鵬;張建波;王博偉;馬俊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q7/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

1.一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：介質(zhì)基片(5)，環(huán)形輻射器(1)，匹配枝節(jié)(2)，附加諧振枝節(jié)(3)，饋電同軸接頭(4)；

環(huán)形輻射器(1)位于介質(zhì)基片(5)的一側(cè)上，匹配枝節(jié)(2)與附加諧振枝節(jié)(3)位于介質(zhì)基片(5)上，饋電同軸接頭(4)的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基片(5)與附加諧振枝節(jié)(3)相連；

介質(zhì)基片(5)用于支撐環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)、附加諧振枝節(jié)(3)；

環(huán)形輻射器(1)單獨或環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)共同作用，能夠接收或發(fā)射電磁波信號；

匹配枝節(jié)(2)與環(huán)形輻射器(1)配合，實現(xiàn)寬帶相控陣天線單元的阻抗匹配；

附加諧振枝節(jié)(3)與環(huán)形輻射器(1)，匹配枝節(jié)(2)配合，形成所需的諧振頻率，并天線帶寬展寬到所需要的帶寬；

饋電同軸接頭(4)用于將外部射頻信號饋入寬帶相控陣天線單元，饋入的外部射頻信號分別在環(huán)形輻射器(1)及環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)構(gòu)成的配合上形成了兩種不同的電流分布；環(huán)形輻射器(1)上的電流在工作頻率的高頻形成諧振轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的電磁波，同時環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)構(gòu)成的配合上的電流在工作頻率的低頻形成諧振轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的電磁波，產(chǎn)生的兩個不同頻率的電磁波均輻射到自由空間中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：介質(zhì)基片(5)為覆銅板；覆銅板，包括兩層金屬層和一層介質(zhì)層，介質(zhì)層位于兩層金屬層之間，其中一層金屬層作為上表面，上表面上腐刻環(huán)形結(jié)構(gòu)形成環(huán)形輻射器(1)；在同一層金屬層上腐刻匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：介質(zhì)基片(5)為覆銅板；覆銅板，包括三層金屬層和兩層介質(zhì)層，相鄰兩層金屬層之間為一層介質(zhì)層，相鄰兩層介質(zhì)層之間為一層金屬層，三層金屬層依次為上表面層、中間層和下表面層；在中間層的金屬層上腐刻環(huán)形結(jié)構(gòu)形成環(huán)形輻射器(1)；在上表面的金屬層上腐刻匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：介質(zhì)基片(5)為覆銅板；覆銅板，包括三層金屬層和兩層介質(zhì)層，相鄰兩層金屬層之間為一層介質(zhì)層，相鄰兩層介質(zhì)層之間為一層金屬層，三層金屬層依次為上表面層、中間層和下表面層；在中間層的金屬層上腐刻匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)；在上表面的金屬層上腐刻環(huán)形結(jié)構(gòu)形成環(huán)形輻射器(1)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：環(huán)形輻射器(1)的周長為1個介質(zhì)波長，環(huán)形輻射器(1)的形狀為圓形或者方形。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：匹配枝節(jié)(2)為長方形或者圓弧形。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：附加諧振枝節(jié)(3)為矩形或者鋸齒形。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：饋電同軸接頭(4)，包括內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體和法蘭，內(nèi)導(dǎo)體為金屬探針，法蘭通過螺釘固定在介質(zhì)基片(5)未腐刻環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)的金屬層上，內(nèi)導(dǎo)體一端穿過介質(zhì)基片(5)與附加諧振枝節(jié)(3)相連，另一端與外導(dǎo)體配合形成同軸結(jié)構(gòu)，作為信號輸入輸出接口。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于包括：介質(zhì)基片(5)為介電常數(shù)2.2的聚四氟乙烯玻璃纖維材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相控陣天線單元，其特征在于：介質(zhì)基片(5)采用聚四氟乙烯玻璃纖維、聚酰亞胺、聚乙烯、聚苯乙烯、石英、陶瓷材料。

11.一種寬帶相控陣天線單元的輻射方法，其特征在于步驟如下：

(一)饋電同軸接頭(4)將外部射頻信號饋入附加諧振枝節(jié)(3)；

(二)步驟(一)饋入的外部射頻信號分別在環(huán)形輻射器(1)及環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)構(gòu)成的配合上形成了兩種不同的電流分布；環(huán)形輻射器(1)上的電流在工作頻率的高頻形成諧振轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的電磁波，環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)構(gòu)成的配合上的電流在工作頻率低頻形成諧振轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的電磁波；環(huán)形輻射器(1)位于介質(zhì)基片(5)的一側(cè)上，匹配枝節(jié)(2)與附加諧振枝節(jié)(3)位于介質(zhì)基片(5)上，饋電同軸接頭(4)的內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基片(5)與附加諧振枝節(jié)(3)相連；介質(zhì)基片(5)用于支撐環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)、附加諧振枝節(jié)(3)；環(huán)形輻射器(1)單獨或環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)共同作用，能夠接收或發(fā)射電磁波信號；匹配枝節(jié)(2)與環(huán)形輻射器(1)配合，實現(xiàn)寬帶相控陣天線單元的阻抗匹配；附加諧振枝節(jié)(3)與環(huán)形輻射器(1)，匹配枝節(jié)(2)配合，形成所需的諧振頻率，并天線帶寬展寬到所需要的帶寬；同時環(huán)形輻射器(1)、匹配枝節(jié)(2)和附加諧振枝節(jié)(3)構(gòu)成的配合上的電流在工作頻率的低頻形成諧振轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的電磁波，產(chǎn)生的兩個不同頻率的電磁波均輻射到自由空間中；

(三)將步驟(二)同時產(chǎn)生的兩個不同頻率的電磁波均輻射到自由空間中。